Не все сыпучие материалы одинаково трудно удалить из силоса. Некоторые вытекают при минимальном вмешательстве. Другие требуют нескольких дней на забивание, резку и раскопки. Понимание того, почему материалы различаются по сложности очистки, является первым шагом на пути к разработке эффективных стратегий очистки и выбору подходящих методов вмешательства.
В этой статье представлено практическое справочное руководство по свойствам материала, определяющим сложность очистки. В нем объясняется, как каждое свойство влияет на поведение накопления и требования к очистке. Он предлагает простые тесты, которые инженеры предприятий могут провести для определения характеристик своих материалов. Кроме того, в нем содержатся рекомендации по сопоставлению методов очистки со свойствами материалов.
Размер и распределение частиц
Размер частиц является наиболее заметным свойством материала и напрямую влияет на сложность очистки.
Грубые материалы с частицами размером более пяти миллиметров обычно легче чистить, чем мелкие. Частицы имеют меньшую площадь поверхности на единицу массы, что означает меньшую площадь, доступную для сил сцепления. Они также с меньшей вероятностью образуют сплоченные арки. Механические арки могут возникнуть, когда крупные частицы сцепляются, но их обычно легче сломать, чем связные арки в мелких материалах.
Мелкие материалы с частицами размером менее ста микрон очищать значительно труднее. Большая площадь поверхности на единицу массы позволяет развивать сильные силы Ван-дер-Ваальса и электростатические притяжения. Мелкие материалы консолидируются под давлением и со временем набирают прочность. Они образуют плотные, твердые отложения, устойчивые к механическому разрушению.
Распределение частиц по размерам, а не только средний размер, также имеет значение. Материалы с широким распределением по размерам, то есть смесью крупных и мелких частиц, часто труднее очищать, чем материалы с узким распределением. Мелкие частицы заполняют пространство между крупными частицами, создавая плотную упаковку с высокой степенью сцепления.
Практическая оценка размера частиц не требует лабораторного оборудования. Простой ситовой анализ с использованием стандартных сит дает полезные данные. Для большинства инженеров предприятий важным различием является то, является ли материал достаточно грубым, чтобы с ним можно было обращаться простыми инструментами, или достаточно мелким, чтобы требовать механизированного оборудования или водоструйной обработки.
Содержание влаги
Влага является единственным наиболее важным фактором, затрудняющим очистку большинства сыпучих материалов. Сухой и сыпучий материал может стать липким и неподвижным при повышении влажности.
Влияние влаги зависит от материала. Для многих порошков существует критическая влажность, выше которой текучесть становится ненадежной. Ниже этого уровня материал ведет себя как сыпучее твердое вещество. Выше него материал приобретает когезионную прочность, которая увеличивается с влажностью. Критический уровень влажности варьируется в широких пределах. Цемент может оказывать воздействие при уровне влажности всего один процент. Другие материалы могут выдержать десять процентов и более, прежде чем станут проблематичными.
Влага влияет и на очистку второстепенным образом. Добавление воды для устранения засора посредством струи воды или конденсации может привести к затвердеванию или схватыванию оставшегося материала. Цемент и известь — классические примеры того, как добавление воды скорее усугубляет проблему, чем решает ее.
Для измерения содержания влаги требуется простое оборудование. Влагомер или лабораторная печь могут предоставить количественные данные. Даже качественная оценка, такая как сжатие горсти материала и наблюдение за тем, держится ли он вместе, дает полезную информацию для принятия решений по стратегии очистки.
Для предприятий, которые работают с чувствительными к влаге материалами, контроль влажности зачастую более эффективен, чем управление уборкой. Улучшенная герметизация крыши, улучшенная герметизация входных и выходных отверстий, а также кондиционированный воздух могут уменьшить попадание влаги и уменьшить частоту очистки.
Сплоченность и угол покоя
Когезия – это внутренняя прочность объемного материала. Материалы с высокой когезией слипаются и препятствуют течению. Материалы с низкой когезией легко растекаются.
Когезия часто коррелирует с размером частиц и влажностью, но это отдельное свойство. Некоторые мелкие сухие материалы имеют низкую когезию и свободно текут. Другие, даже в сухом состоянии, обладают высокой когезией из-за формы частиц или электростатических эффектов.
Угол естественного откоса является практическим показателем сплоченности. Это максимальный угол, под которым можно сложить кучу материала, прежде чем он рухнет. Материалы с малыми углами естественного откоса, менее тридцати градусов, обладают низкой когезией и легко растекаются. Материалы с большими углами откоса, более сорока пяти градусов, обладают высокой степенью сцепления и труднотекучие.
Для измерения угла естественного откоса необходимо просто высыпать материал на плоскую поверхность и измерить угол получившегося конуса. Этот тест можно провести на небольшом образце в заводской лаборатории или даже в мастерской по техническому обслуживанию.
Материалы с высокой когезией требуют более агрессивных методов очистки. Простой вибрации или тяги может быть недостаточно. Могут потребоваться электрические выключатели, гидроабразивные устройства или оборудование для сноса с дистанционным управлением. Материалы с низкой когезией часто можно очистить с помощью вибрации или стержня.
Твердость и абразивность
Твердость – это устойчивость материала к механическим разрушениям. Твердые материалы сложно сломать. Мягкие материалы легко сломать.
Твердость становится значительной, когда материал консолидируется в твердые отложения. Цементные отложения могут достигать твердости, сравнимой с бетоном. Некоторые химические промежуточные продукты могут образовывать чрезвычайно твердые корки, устойчивые к механическим разрушениям.
Абразивность связана с твердостью, но относится к влиянию материала на оборудование. Абразивные материалы изнашивают наконечники гидромолотов, режущие инструменты и облицовку силоса. Высокая абразивность увеличивает стоимость очистки и повреждение силоса.
Проверка твердости не требует специального оборудования. Простой тест на царапины, аналогичный тесту на твердость минералов, может дать приблизительную оценку. Материалы, которые можно поцарапать карманным ножом, мягкие. Материалы, которые тупят нож, твердые. Материалы, которые вообще невозможно поцарапать, очень тверды, и для их удаления потребуется специальное оборудование.
Твердые материалы часто требуют водоструйной очистки в качестве основного метода удаления. Водоструйная очистка удаляет твердые отложения без износа, который испытывают механические молоты. Давление воды должно соответствовать твердости материала. Более мягкие материалы могут быть повреждены чрезмерным давлением.
Функция потока и сжимаемость
Функция потока – это взаимосвязь между напряжением, приложенным к материалу, и его способностью течь. Это наиболее полная характеристика поведения потока, но для ее точного определения требуются лабораторные испытания.
Для практических целей сжимаемость служит показателем функции потока. Сжимаемость – это уменьшение объема, которое происходит, когда материал подвергается давлению. Материалы с высокой сжимаемостью обычно трудно растекаются, поскольку частицы плотно консолидируются.
Простое испытание на сжимаемость предполагает помещение образца материала в градуированный цилиндр, приложение известного веса и измерение уменьшения объема. Уменьшение объема в процентах от исходного объема и есть сжимаемость. Материалы со сжимаемостью выше тридцати процентов считаются сильно сжимаемыми и труднотекучими.
Материалы с высокой степенью сжатия требуют особого внимания к конструкции бункера и частоте очистки. Они склонны к уплотнению во время хранения и могут требовать более частой очистки, чем менее сжимаемые материалы. Средства повышения текучести, такие как воздушные пушки или псевдоожижители, часто полезны для сжимаемых материалов.
Чувствительность к температуре
Температура влияет как на свойства материала, так и на процесс очистки. С некоторыми материалами становится легче обращаться при нагревании. Другие становятся сложнее.
Материалы, которые размягчаются под воздействием тепла, такие как некоторые смолы или асфальт, при нагревании может оказаться труднее очищать, поскольку они становятся более липкими. Материалы, которые расширяются при нагревании, могут стать менее плотными и легче течь. Влияние температуры зависит от материала и должно определяться для каждой ситуации.
Температура также влияет на безопасность. Силосы, содержащие горячие материалы, такие как летучая зола электростанций, представляют собой термическую опасность для рабочих и оборудования. Очистка горячих силосов требует дополнительных мер безопасности.
Практическое значение температурной чувствительности заключается в том, что стратегия очистки может меняться в зависимости от температуры. Метод, который работает при температуре окружающей среды, может оказаться неэффективным при повышенной температуре. Предприятия, работающие с материалами, чувствительными к температуре, должны учитывать температуру при планировании уборки.
Химические свойства
Химические свойства материала влияют как на его текучесть, так и на безопасность операций по очистке.
Материалы, вступающие в реакцию с водой, такие как цемент, известь или некоторые химические катализаторы, становится труднее очищать при попадании влаги. Гидроструйная очистка, эффективна для многих материалов, для этих материалов непригодна. Механическое удаление является предпочтительным методом.
Коррозионные материалы требуют особого обращения. Кислотные или основные материалы могут повредить оборудование и нанести вред работникам. Оборудование для очистки, используемое для коррозийных материалов, должно быть изготовлено из совместимых материалов и может потребовать специальных процедур очистки.
Токсичные или опасные материалы требуют строгих мер безопасности. Метод очистки должен предотвращать образование и воздействие пыли. Для опасных материалов часто предпочитают оборудование с дистанционным управлением, чтобы свести к минимуму воздействие на персонал.
Понимание химических свойств материала необходимо для выбора безопасных методов очистки. Эта информация содержится в паспорте безопасности материала, и его следует просмотреть перед любой операцией по очистке.
Практические методы оценки
Инженеры предприятий могут оценить используемые материалы, используя простые и недорогие методы, которые предоставляют полезную информацию для планирования очистки.
Тест на горстку – это самая простая оценка. Возьмите горсть материала и сожмите его. Если он разваливается при отпускании, значит, у него низкая сплоченность. Если он держится в комке, он имеет высокую степень сцепления. Тест на горсть также указывает на содержание влаги. Если материал оставляет влагу на руке, значит, она мокрая.
Испытание сваи предоставляет данные об угле естественного откоса. Высыпьте материал на плоскую поверхность и измерьте угол наклона сваи. Низкий угол указывает на хороший поток. Большой угол указывает на плохой поток.
Испытание на царапины указывает на твердость. Попробуйте поцарапать материал карманным ножом. Если он легко царапается, значит, он мягкий. Если он устойчив к царапинам, значит, он твердый. Если его нельзя поцарапать, то это очень тяжело.
Тест на воду указывает на чувствительность к влаге. Добавьте к образцу небольшое количество воды. Если материал схватывается или затвердевает, применение водоструйной обработки нецелесообразно. Если материал остается рыхлым, может оказаться эффективной струя воды.
Испытание на осадку указывает на сжимаемость. Заполните прозрачный контейнер материалом, приложите давление и измерьте уменьшение объема. Сильное уменьшение объема указывает на высокую сжимаемость и затрудненность течения.
Эти тесты не точны. Они не заменяют лабораторные исследования. Однако они предоставляют полезные рекомендации по выбору метода очистки и доступны бесплатно.
Сопоставление свойств с методами очистки
Приведенные ниже рекомендации представляют собой основу для сопоставления свойств материалов с методами очистки.
Легче всего очищаются сухие, низкокогезионные материалы с крупными частицами и низкой влажностью. Обычно достаточно вибрации или шатания. Если очистка вообще необходима, ее можно выполнить с помощью простых инструментов.
Сухие, мелкие материалы с низкой влажностью, но с мелкими частицами, все еще могут быть трудными из-за сил сцепления. Часто эффективны воздушные пушки или флюидизаторы. При стойких засорах может потребоваться оборудование с дистанционным управлением.
Влажные материалы с высоким содержанием влаги трудно очистить механически, поскольку материал прилипает к инструментам и оборудованию. Гидроструйная очистка может быть эффективной, но только в том случае, если материал не вступает в реакцию с водой. Для материалов, чувствительных к воде, требуется механическое удаление с тщательным контролем влажности.
Закаленные материалы с высокой твердостью требуют мощных методов. Предпочтительным методом является оборудование для сноса с дистанционным управлением и гидравлическими молотами. Водоструйная очистка под высоким давлением также может быть эффективной. Ручной ввод с помощью ручных инструментов не подходит для закаленных материалов.
Абразивные материалы требуют прочного оборудования. Наконечники прерывателя и режущие инструменты быстро изнашиваются. Обслуживание оборудования имеет важное значение. Предпочтительной может быть водоструйная очистка, при которой нет изнашиваемых частей, контактирующих с материалом.
Опасные материалы требуют дистанционных методов. Вход персонала следует избегать. Стандартным подходом является оборудование с дистанционным управлением, правильно обслуживаемое и эксплуатируемое.
Использование оценки материалов в профилактическом планировании
Оценка материала – это не разовое мероприятие. Свойства материала изменяются в зависимости от условий его получения, обработки и хранения. Регулярная оценка гарантирует, что методы очистки остаются подходящими.
При появлении нового источника материала проведите простые тесты, описанные в этой статье. Сравните результаты с предыдущими материалами. Если новый материал существенно отличается, отрегулируйте частоту и методы очистки.
Если сезонные изменения влияют на содержание влаги, скорректируйте процедуры очистки. Сухие летом материалы могут оказаться влажными зимой. План уборки должен учитывать эти сезонные колебания.
При изменении срока хранения материала повторно оцените его свойства. Материалы, хранящиеся дольше, могут стать более твердыми и трудными для очистки. Если продолжительность хранения увеличивается, очистку, возможно, придется сделать более агрессивной.
Документируйте результаты существенных оценок. Ведите учет свойств материалов для каждого бункера и каждого типа материала. Используйте эту запись для принятия решений по очистке и выявления тенденций, которые могут указывать на развитие проблем.
Заключение
Свойства материала определяют сложность очистки. Понимание этих свойств позволяет инженерам предприятий выбирать подходящие методы очистки, оценивать время и стоимость очистки, а также планировать профилактическое обслуживание.
Простые методы оценки, описанные в этой статье, доступны любому инженеру завода без специального оборудования. Тест на горсть, тест на ворс, тест на царапины, тест на воду и тест на осадку предоставляют практическую информацию, которая поможет принять решения по очистке.
Важнейшим свойством большинства материалов является влажность. Сухие материалы растекаются легче, чем влажные. Контроль влажности часто является наиболее эффективной профилактической мерой. Для материалов, влажность которых невозможно контролировать, методы очистки необходимо выбирать с учетом других их свойств.
Размер частиц, когезия, твердость, сжимаемость, температурная чувствительность и химические свойства — все это влияет на сложность очистки. Соответствие метода очистки этим свойствам увеличивает вероятность успеха и сокращает время и стоимость очистки.
Инженеры предприятий, которые разбираются в своих материалах, принимают более эффективные решения по очистке. Они убирают по мере необходимости, а не по фиксированному графику. Они выбирают методы, которые работают, а не методы, которые доступны. И они предотвращают проблемы, предвидя, как свойства материала повлияют на производительность силоса.
